1、汽轮机原理汽轮机原理 Principle of Steam Turbine 22 汽轮机级内能量转换过程汽轮机级内能量转换过程本章要求本章要求1）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综合应用基础知识分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。合应用基础知识分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。2）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的措施和计算方法。措施和计算方法。3）明确级的速比、反动度、比焓降及叶型参数对汽轮机热功转换能）明确级的速比、反
2、动度、比焓降及叶型参数对汽轮机热功转换能力（轮周功率）和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。力（轮周功率）和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。4）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。3级级由一列喷嘴叶栅（静叶栅）和其后的一列动叶栅构成的汽轮机由一列喷嘴叶栅（静叶栅）和其后的一列动叶栅构成的汽轮机作功的最基本单元。作功的最基本单元。2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级1.什么是级什么是级?多级则能产生较大的功率，大型汽轮机均由多级串联组成。多级则能产生较大的功率，大型汽轮机均由多级串联组成。4级级=喷嘴叶栅喷嘴叶栅+动
3、叶栅动叶栅2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级2.级的结构级的结构编号和下标：编号和下标：0,1,2；n-nozzle喷嘴，喷嘴，b-blade动叶。动叶。52.1 概概 述述62.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3.级内工作过程级内工作过程（1）功能：推动叶轮和轴转动，以带动发电机发电。）功能：推动叶轮和轴转动，以带动发电机发电。（2）蒸汽的流动路线：进入喷嘴）蒸汽的流动路线：进入喷嘴离开喷嘴离开喷嘴进入进入动叶动叶离开动叶。离开动叶。（3）工质性质的变化：喷嘴中得到加速（）工质性质的变化：喷嘴中得到加速（p，c），），在动叶中加速继续（在动叶中加速继续（p，w）。）。（
4、4）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，在动）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，在动叶中将动能转换为机械能。叶中将动能转换为机械能。p0c0p1c1c2p2压力及速度曲线72.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线反应级的做功过程和工质的变化特性的反应级的做功过程和工质的变化特性的h-s曲线。曲线。（1）四个状态：）四个状态：1）滞止状态（）滞止状态（0*状态）。状态）。2）喷嘴进口状态（）喷嘴进口状态（0状态）。状态）。3）喷嘴出口状态（动叶进口状态，）喷嘴出口状态（动叶进口状态，1状态）。状态）。4）动叶出口状态（）动叶出口状态（2状态）。状态）。滞止参数：相
5、对于叶栅通道速度为零的气流热力参数(假想汽流绝热等比熵滞止到速度为0的状态）。用上标为”*”来表示。8（2）三类参数：）三类参数：1）焓降）焓降物理意义：做功能力物理意义：做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 ，级的理想比焓降，级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 ，喷嘴的理想比，喷嘴的理想比焓降焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线*thth*nhnhbh2）熵增过程）熵增过程物理意义：不可逆过程物理意义：不可逆过程3）损失）损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为
6、在实际研究中常认为bhbh=92.1 概述概述4.热力过程线热力过程线 余速损失喷嘴中的能量损失动叶中的能量损失一、汽轮机的级一、汽轮机的级102.1 概述概述1.冲动力和反动力冲动力和反动力二、级的反动度二、级的反动度（1）冲动力）冲动力 经过喷嘴膨胀加速后的蒸汽经过喷嘴膨胀加速后的蒸汽作用于动叶的力作用于动叶的力rF（2）反动力）反动力 在动叶中加速的汽流施加在动叶中加速的汽流施加在动叶上的与流动方向相反在动叶上的与流动方向相反的反作用力的反作用力 Fi。END 2112.1 概概 述述122.1 概概 述述132.1 概述概述（1）反动度的定义）反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2
7、.反动度反动度反动度：反动度：动叶的理想比焓降占总体动叶的理想比焓降占总体 理想比焓降的份额。理想比焓降的份额。bnbtbhhhhh*rmttmr 定义式：定义式：（2）特征截面）特征截面 1）由于环行叶栅的使用，沿着叶高的方向流动特性不同。）由于环行叶栅的使用，沿着叶高的方向流动特性不同。2）叶根截面（）叶根截面（root），），平均截面（平均截面（middle），），顶部截面（顶部截面（top），），3）142.1 概述概述三、级的分类三、级的分类1.分类依据：反动度分类依据：反动度直接影响叶片形状的设计、运行的安全性直接影响叶片形状的设计、运行的安全性和经济性。和经济性。冲动级冲动级靠冲
8、动力做功的级，反动度小的级。靠冲动力做功的级，反动度小的级。级的分类级的分类 反动级反动级靠反动力做功的级，反动度大的级。靠反动力做功的级，反动度大的级。(00.5)0.5 152.1 概述概述三、级的分类三、级的分类2.冲动级冲动级（1）纯冲动级）纯冲动级 1）=0，蒸汽只在喷嘴中膨胀，蒸汽只在喷嘴中膨胀，而在动叶中不膨胀，只改变流动方而在动叶中不膨胀，只改变流动方向。向。2）p1=p2，hb=0,ht*=hn*。3）效率较低，很少使用。）效率较低，很少使用。162.1 概概 述述轴叶轮动叶片喷嘴172.1 概概 述述182.1 概概 述述新蒸汽室第一级喷嘴第一级动叶第二级喷嘴隔板192.1
9、 概述概述三、级的分类三、级的分类2.冲动级冲动级（2）带反动度的冲动级）带反动度的冲动级 1）(0,0.5)，一般而言，一般而言 0.05,0.20 2）结构特点：）结构特点：a.动叶栅截面形状近似对称；动叶栅截面形状近似对称；b.喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板结构和隔板汽封；喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板结构和隔板汽封；c.动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮式。动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮式。202.1 概述概述三、级的分类三、级的分类3.反动级反动级 1）=0.5 2）p1p2，hb=0.5ht*=hn*。3）效率比冲动级高，但是工作能力较小。）效率比冲动级
10、高，但是工作能力较小。4）结构特点：）结构特点：a.喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型；喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型；b.动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式；动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式；c.热惯性大，还需设置平衡活塞以平衡轴向推力；热惯性大，还需设置平衡活塞以平衡轴向推力；d.采用全周进汽。采用全周进汽。212.1 概述概述压力及流速变化曲线压力及流速变化曲线三、级的分类三、级的分类222.1 概概 述述4.冲动式与反动式汽轮机的特点比较冲动式与反动式汽轮机的特点比较（1）叶型不同：）叶型不同：1）冲动式汽轮机的动、静叶型不同：静叶栅的折角小，动叶栅的折角大；）冲
11、动式汽轮机的动、静叶型不同：静叶栅的折角小，动叶栅的折角大；动叶片出、入口侧的横截面较匀称，气流通道从入口到出口其面积基本不动叶片出、入口侧的横截面较匀称，气流通道从入口到出口其面积基本不变。变。2）反动式汽轮机的动、静叶型相似；动叶片出、入口侧的横截面不对称，）反动式汽轮机的动、静叶型相似；动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，蒸汽流道从入口到出口呈渐缩状。叶型入口较肥大，而出口侧较薄，蒸汽流道从入口到出口呈渐缩状。冲动式反动式232.1 概概 述述（2）结构不同：冲动式汽轮机的动叶片装在叶轮上，喷嘴安装在隔板上；由）结构不同：冲动式汽轮机的动叶片装在叶轮上，喷嘴安装
12、在隔板上；由于反动式的动叶前后压差大，为减小轴向推力，不采用叶轮，动叶片直接于反动式的动叶前后压差大，为减小轴向推力，不采用叶轮，动叶片直接装在转鼓上，喷嘴安装在持环上。装在转鼓上，喷嘴安装在持环上。叶轮隔板242.1 概概 述述（3）冲动式汽轮机中蒸汽的压力降产生在隔板的喷嘴中，反动式汽轮机中）冲动式汽轮机中蒸汽的压力降产生在隔板的喷嘴中，反动式汽轮机中蒸汽的压力降产生在装在汽缸上的静叶片和装在转子上的动叶片中。蒸汽的压力降产生在装在汽缸上的静叶片和装在转子上的动叶片中。（4）由于反动式汽轮机每一级前后都存在压力差，轴向推力很大，在转子）由于反动式汽轮机每一级前后都存在压力差，轴向推力很大，
13、在转子前部装设平衡活塞来抵消轴向推力前部装设平衡活塞来抵消轴向推力。（5）反动式机组的调节级（速度级）采用冲动级。）反动式机组的调节级（速度级）采用冲动级。252.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法 1调节级和非调节级调节级和非调节级 1）调节级）调节级可以通过改变进汽面积控制其进汽量的级；可以通过改变进汽面积控制其进汽量的级；2）非调节级）非调节级不通过改变进汽面积控制其进汽量的级。不通过改变进汽面积控制其进汽量的级。汽轮机的第一级就是调节汽轮机的第一级就是调节级，机组靠改变调速汽门级，机组靠改变调速汽门的开度，控制汽室的投入的开度，控制汽室的投入和喷嘴的工作，改变部分和喷
14、嘴的工作，改变部分进汽度，改变进汽量，以进汽度，改变进汽量，以调整负荷调整负荷。262.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法 2单列级和速度级单列级和速度级 1）单列级）单列级动能转换为机械能只在一列动叶栅中完成的级动能转换为机械能只在一列动叶栅中完成的级 既可是冲动级也可是反动级。既可是冲动级也可是反动级。2）速度级）速度级动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成的级动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成的级 a.有两列动叶栅的速度级成为双列级或复速级，都是冲动级。有两列动叶栅的速度级成为双列级或复速级，都是冲动级。b.复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成；复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成；c.做功能力比单列级大。做功能力比单列级大。272.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法 2单列级和速度级单列级和速度级
